◮ Catalyse : augmentation de la vitesse sous l’action d’une
espèce chimique, le catalyseur.
◮ Catalyse : augmentation de la vitesse sous l’action d’une espèce chimique, le catalyseur.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans le bilan réactionnel.
Catalyse.
◮ Hydrolyse d’un ester :
CH 3 CO 2 C 2 H 5 + H 2 O ⇋ CH 3 CO 2 H + C 2 H 5 OH
◮ Hydrolyse d’un ester :
CH 3 CO 2 C 2 H 5 + H 2 O ⇋ CH 3 CO 2 H + C 2 H 5 OH
◮ Sans catalyseur : équilibre atteint en quelques mois.
0,66 1
% ester
0 t
sans H +
Catalyse.
◮ Avec catalyseur H + : équilibre atteint en quelques heures.
0,66 1
% ester
0 t
sans H +
avec H +
◮ Avec catalyseur H + : équilibre atteint en quelques heures.
0,66 1
% ester
0 t
sans H +
avec H +
◮ Même état d’équilibre avec et sans catalyseur.
Catalyse.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans le bilan.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans le bilan.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans K ◦ .
Catalyse.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans le bilan.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans K ◦ .
◮ Le catalyseur n’a pas d’influence sur la thermodynamique de la
réaction.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans le bilan.
◮ Le catalyseur n’apparait pas dans K ◦ .
◮ Le catalyseur n’a pas d’influence sur la thermodynamique de la réaction.
◮ Le catalyseur ne rend pas favorable une réaction thermodynamiquement défavorable.
Catalyse.
◮ Le catalyseur modifie le mécanisme de la réaction.
◮ Le catalyseur modifie le mécanisme de la réaction.
◮ Il remplace une étape élémentaire difficile par deux ou plus étapes élémentaires plus faciles.
Catalyse.
◮ Le catalyseur modifie le mécanisme de la réaction.
◮ Il remplace une étape élémentaire difficile par deux ou plus étapes élémentaires plus faciles.
◮ Abaissement de l’énergie d’activation de la réaction. L’état de
transition avec catalyseur est plus bas en énergie que sans
catalyseur.
◮ CH 3 Br + HO − −→ CH 3 OH + Br −
Catalyse.
◮ CH 3 Br + HO − −→ CH 3 OH + Br −
◮ Réaction simple.
CH 3 Br
CH 3 OH
CR
E p
◮ CH 3 Br + I − −→ CH 3 I + Br − CH 3 I + HO − −→ CH 3 OH + I −
Catalyse.
◮ CH 3 Br + I − −→ CH 3 I + Br − CH 3 I + HO − −→ CH 3 OH + I −
◮
CH 3 Br
CH 3 OH CH 3 I
CR E p
sans I -
avec I -
◮ Catalyseur régénéré au cours du mécanisme.
Catalyse.
◮ Catalyseur régénéré au cours du mécanisme.
◮ En théorie : une quantité infime suffit.
◮ Catalyseur régénéré au cours du mécanisme.
◮ En théorie : une quantité infime suffit.
◮ Piégeage du catalyseur dans les produits.
Catalyse.
◮ Catalyseur régénéré au cours du mécanisme.
◮ En théorie : une quantité infime suffit.
◮ Piégeage du catalyseur dans les produits.
◮ Dégradation du catalyseur : durée de vie limitée.
◮ Promoteur : espèce non catalytique qui renforce l’action d’un catalyseur.
Catalyse.
◮ Promoteur : espèce non catalytique qui renforce l’action d’un catalyseur.
◮ Poison : espèce qui diminue l’activité d’un catalyseur.
◮ Promoteur : espèce non catalytique qui renforce l’action d’un catalyseur.
◮ Poison : espèce qui diminue l’activité d’un catalyseur.
◮ Inducteur : espèce nécessaire à une réaction n’apparaissant pas dans le bilan principal et consommée dans cette réaction.
Catalyse.
◮ Promoteur : espèce non catalytique qui renforce l’action d’un catalyseur.
◮ Poison : espèce qui diminue l’activité d’un catalyseur.
◮ Inducteur : espèce nécessaire à une réaction n’apparaissant pas dans le bilan principal et consommée dans cette réaction.
◮ Inhibiteur : espèce qui diminue la vitesse d’une réaction.
◮ Sélectivité : la présence du catalyseur favorise une réaction plutôt qu’une autre.
Catalyse.
◮ Sélectivité : la présence du catalyseur favorise une réaction plutôt qu’une autre.
◮ Déshydratation de l’éthanol :
C 2 H 5 OH −−−−−−−→ Al
2O
3C 2 H 4 + H 2 O
◮ Sélectivité : la présence du catalyseur favorise une réaction plutôt qu’une autre.
◮ Déshydratation de l’éthanol : C 2 H 5 OH −−−−−−−→ Al
2O
3C 2 H 4 + H 2 O
◮ Oxydation de l’éthanol :
C 2 H 5 OH −−−−−→ Cu CH 3 CHO + H 2
Catalyse.
◮ Sélectivité : la présence du catalyseur favorise une réaction plutôt qu’une autre.
◮ Déshydratation de l’éthanol : C 2 H 5 OH −−−−−−−→ Al
2O
3C 2 H 4 + H 2 O
◮ Oxydation de l’éthanol :
C 2 H 5 OH −−−−−→ Cu CH 3 CHO + H 2
◮ Contrôle cinétique ou thermodynamique ?
◮ Spécificité : un catalyseur favorise un certain type de réaction sur une famille chimique.
Catalyse.
◮ Spécificité : un catalyseur favorise un certain type de réaction sur une famille chimique.
◮ Oxydation de l’éthanol.
C 2 H 5 OH −−−−−→ Cu CH 3 CHO + H 2
◮ Spécificité : un catalyseur favorise un certain type de réaction sur une famille chimique.
◮ Oxydation de l’éthanol.
C 2 H 5 OH −−−−−→ Cu CH 3 CHO + H 2
◮ Oxydation du méthanol.
CH 3 OH −→ Cu HCHO + H 2
Catalyse.
◮ Catalyse homogène : réactifs et catalyseur dans la même
phase.
◮ Catalyse homogène : réactifs et catalyseur dans la même phase.
◮ Catalyse hétérogène : réactifs et catalyseur dans deux phases distinctes.
Catalyse.
◮ Catalyse homogène : réactifs et catalyseur dans la même phase.
◮ Catalyse hétérogène : réactifs et catalyseur dans deux phases distinctes.
◮ Catalyse enzymatique.
◮ Catalyse hétérogène : catalyseur souvent solide, réactifs liquides ou gazeux.
Catalyse.
◮ Catalyse hétérogène : catalyseur souvent solide, réactifs liquides ou gazeux.
◮ Réaction en surface du catalyseur.
◮ Catalyse hétérogène : catalyseur souvent solide, réactifs liquides ou gazeux.
◮ Réaction en surface du catalyseur.
◮ Vitesse augmente sur l’aire de l’interface augmente.
Catalyse.
◮ Catalyse hétérogène : catalyseur souvent solide, réactifs liquides ou gazeux.
◮ Réaction en surface du catalyseur.
◮ Vitesse augmente sur l’aire de l’interface augmente.
◮ Catalyseur sous forme divisée (poudre).
◮ Hydrogénation des alcènes.
Catalyse.
◮ Hydrogénation des alcènes.
◮ H 2 C = CH 2 + H 2 −→ H 3 C − CH 3
◮ Hydrogénation des alcènes.
◮ H 2 C = CH 2 + H 2 −→ H 3 C − CH 3
◮ Réactifs gazeux et/ou liquides
Catalyse.
◮ Hydrogénation des alcènes.
◮ H 2 C = CH 2 + H 2 −→ H 3 C − CH 3
◮ Réactifs gazeux et/ou liquides
◮ Catalyseur : Ni, Pd ou Pt (solides)
Physisorption de H 2 .
nickel métallique
atomes de surface H 2
H 2 physisorbé
Catalyse.
Chimisorption de H 2 .
nickel métallique
atomes de surface
2 H chimisorbés
Adsorption de l’alcène.
Ni
H H
H H
Ni métallique
alcène physisorbé
H Ni H
Catalyse.
Addition d’un H sur la double liaison.
Ni
Ni métallique H
Ni
H
H
H H
H
Addition du second H et désorption de l’alcane.
Ni
Ni métallique Ni
H H
H H H H
Catalyse.
◮ Morphologie de la surface (défauts, joints de grains...).
◮ Morphologie de la surface (défauts, joints de grains...).
◮ Propreté chimique de la surface.
Catalyse.
◮ Morphologie de la surface (défauts, joints de grains...).
◮ Propreté chimique de la surface.
◮ Modulation de la réactivité du catalyseur par empoisonnement
contrôlé.
◮ Catalyseurs biologiques : protéines (enzymes), ARN...
Catalyse.
◮ Catalyseurs biologiques : protéines (enzymes), ARN...
◮ Plusieurs milliers d’enzymes.
◮ Catalyseurs biologiques : protéines (enzymes), ARN...
◮ Plusieurs milliers d’enzymes.
◮ Spécificité généralement très grande. Parfois un seul substrat possible.
Catalyse.
◮ Catalyseurs biologiques : protéines (enzymes), ARN...
◮ Plusieurs milliers d’enzymes.
◮ Spécificité généralement très grande. Parfois un seul substrat possible.
◮ Conditions de fonctionnement généralement restreintes
(solvant : eau).
◮ Catalyseurs biologiques : protéines (enzymes), ARN...
◮ Plusieurs milliers d’enzymes.
◮ Spécificité généralement très grande. Parfois un seul substrat possible.
◮ Conditions de fonctionnement généralement restreintes (solvant : eau).
◮ Enzymes extrémophiles.
Catalyse.
◮ Unité d’activité enzymatique : quantité d’enzyme pour
transformer 1 µ mol de substrat en 1 min à 25 ◦ C .
◮ Unité d’activité enzymatique : quantité d’enzyme pour transformer 1 µ mol de substrat en 1 min à 25 ◦ C .
◮ Activité spécifique ou turnover : nombre de moles de substrat transformé par unité de temps et par mole d’enzyme.
Catalyse.
◮ Unité d’activité enzymatique : quantité d’enzyme pour transformer 1 µ mol de substrat en 1 min à 25 ◦ C .
◮ Activité spécifique ou turnover : nombre de moles de substrat transformé par unité de temps et par mole d’enzyme.
◮ Anhydrase carbonique : turnover de 3 , 6 · 10 7 min − 1 .
◮ La réaction se fait au niveau du site actif de l’enzyme.
Catalyse.
◮ La réaction se fait au niveau du site actif de l’enzyme.
◮ Portion de la structure de géométrie et de composition
chimique précisément adaptée au substrat et à la réaction
induite.
RCONHR ′ + H 2 O chymotrypsine
− −−−−−−−−−−− → RCO 2 H + R ′ NH 2
N
HN O
CH 2
H N H
O R' R
enzyme
sérine histidine
substrat
NH
HN O
CH 2
enzyme N H R R' O
premier complexe enzyme-substrat
Catalyse.
RCONHR ′ + H 2 O chymotrypsine
− −−−−−−−−−−− → RCO 2 H + R ′ NH 2
NH
HN O
CH 2
NH
HN O
CH 2
N H R R' O
HO H
O R
R' NH 2
+
deuxième complexe enzyme-substrat
amine
RCONHR ′ + H 2 O chymotrypsine
− −−−−−−−−−−− → RCO 2 H + R ′ NH 2
N
HN O
CH 2
R CO 2 H +
acide carboxylique N
HN O
CH 2
O R
H O
H
H
Catalyse.
